開關電池充電辦法應對便攜設備充電挑戰

近年來，智能手機、平板電腦等便攜設備市場強勁發展，更大尺寸的屏幕日漸流行，消費者對使用解決器、圖形解決器及外設的電源管理體驗的要求越來越高。這些促使便攜設備采用更大容量的電池，如一些最新智能手機配備了2000mAh甚至達3000mAh電池，電池生態系統趨勢也隨之發生了重大變化。

此外，許多便攜設備的輸入連接也從專有辦法轉為微型USB插口；USB供電(rev1.0Jul2012)標準的公布，更能適應最新的便攜設備USB端口的供電要求。這些都急切要既可提高能效又滿足上述要求的技術處理辦法。推動高能效創新的安森美半導體新推出了NCp185x系列開關電池充電辦法，幫助設計工程師應對便攜設備大容量電池的快速充電挑戰，并幫助優化用戶體驗。

采用新穎的自動輸入限流器(AICL)技術實現更快速充電

電池充放電管理在便攜設備設計的合理性和可靠性方面至關緊要。電池充放電的挑戰之一是要強固性、高能效及快速充電時間來滿足當今高性能、空間受限型使用的要求。而大容量電池要更大的充電電流來縮短充電時間。

傳統線性電池充電方式(包括脈沖方式)在大電流下存在效率較低、發熱量大等問題。與線性處理辦法相比，開關充電辦法有分明的優點，如可從輸入轉換更多的電能至輸出；工作能效更高，可降低能耗及簡化手機設計；在輸入源受限時(如采用5V，500mAUSB端口充電)，能供應更大的電流。綜合上述優點，開關電池充電器件的充電速度可比線性電池充電器快30%。

由于手機等設備無法知道用戶使用的電源適配器或USB端口的負載電流能力，所以充電管理器件非得具有測試適配器或USB端口負載電流的功能，以確保手機設備在安全電流條件下工作。在充電結束后，充電管理器件應斷開與系統的連接，系統從外部電源取電；惟有當外部電源移出時，系統才從電池取電。

安森美半導體的NCp185x系列開關電池充電器件就是一種新的充電技術。其充電過程迅速，具有自動輸入限流(AICL)功能；在充電結束時還可自動斷開電池連接，延長電池壽命。它可以供應更大的輸出電流，效率高達85％，發熱量小，實現更快、更安全高效的充電，有助于提升用戶體驗；還可以提高系統穩定性，簡化系統設計。

NCp185x系列在輸入源受限的情況下，采用符合100mA、500mA、900mA或1.5AUSB充電規范的輸入電流限制器，利用自動測試模式在最大充電電流時進行調整，使其適應輸入源的能力，并可縮短最少達10分鐘的總體充電時間。

充電結束時自動斷開電池連接，延長電池使用壽命

不少用戶常常抱怨電池壽命短，許多便攜系統的電池壽命在使用幾個月后就受到分明影響，原由是電池在充電結束后還一直在充電。優化電池總體壽命的辦法是在充電結束時電池連接即自動斷開。安森美半導體NCp185x帶有充放電路徑管理功能，可以在系統充電結束時自動斷開電池連接，系統僅從外部帶有適配器或USB端口取電，僅在出現峰值電流活動(大于外部電源適配器所能供應的電流，如使用GSM)時，才導通電池與系統之間連接，短時間從系統補充電流，其他時間電池與系統保持管理。在外部電源連接情況下，系統優先從外部適配器取電，以保存電池電量，延長電池使用時間，如圖2所示。

倘若使用不帶充放電路徑管理的器件，充電結束后，充電模塊封閉，系統開始從電池取電，電池電壓隨之降低，一旦電壓降低到一個門限值，充電周期重新開始，使電池常常處于充放電、再充電循環之中，容易造成電池過早老化。

即時導通技術改善用戶體驗

電池充電的另一個挑戰是要改善用戶體驗。用戶時常有這樣的疑問：為甚么電池電量低時我要充電5分鐘后系統才能導通系統？這是因為當用戶連接便攜設備充電的同時，通常也要使用設備。令人尷尬的是，即使是最新型設備也要求約5分鐘的初始充電，然后才準許系統啟動及使用。倘若采用雙路徑管理(DpM)技術，即可在插入充電線纜時立即導通便攜設備。

NCp185x系列就使用了這樣的即時導通系統技術，由于器件內集成的電流源可為電池充電，即使電池電壓非常低，當用戶插入電源適配器時，也可使系統電壓保持在3.6V，讓系統立即開啟，無需等待；另外，內部集成的一個5V升壓器支持USBOn-The-Go(OTG)反向供電，或用于HDMI接口的DDC電壓供電，可以一邊安全地給電池充電，一邊單獨為系統供電，如圖3所示。當電池電壓達到3.4V時預充電結束，外部充電MOS管導通，系統電壓跟隨電池電壓。傳統充電器在電池電量低時，電池要預充電一段時間，等待電池電壓恢復到最低電壓以上才能開機。

安森美半導體的器件還支持死電池激活。當電池電壓低于2.2V時，開關充電器件供應10mA小電流激活電池。此時系統仍可立即開機。

支持USBOTG附件

關于平板電腦來說，通常要支持USBOTG功能。USBOTG附件要求便攜設備在USB事務解決中充當USB主機，在VBUS線路上供應5V輸出電壓，供外設使用；一些智能手機帶有HDMI輸出接口，也要一個5VDDC電壓。這通常要使用外部升壓直流-直流(DC-DC)轉換器將電池電壓升壓至5V、500mA的穩壓電壓軌。NCp185x系列器件集成了一個5V升壓器，能支持USBOTG附件或HDMI輸出接口，最大供應500mA電流，并省去了一個外部升壓轉換器。NCp185x系列接地的ID引腳可以識別USBOTG附件，使用反向升壓轉換器來供應5V、500mA輸出，不僅可以支持USBOTG功能，還可以為物料單(BOM)節省1顆額外電感。

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